自燃煤矸石轻骨料混凝土耐久性能
2007-01-03 00:00
一般来讲自燃煤矸石作为混凝土轻骨料，它本身的耐久性能和有害物质含量符合有关国家标准要求量，则自燃煤矸石本身对配制成的混凝土耐久性也不倒产生不得影响。由于自燃煤矸石轻骨料是配制成混凝土而应用于建筑结构中，因此测定自燃煤矸石轻骨料混凝土的耐久性能也十分必要，以下就自燃煤矸石轻骨料混凝土有关耐久性方面的抗渗、抗冻、抗碳化及对钢筋的保护作用等加以说明。
1、抗渗性能
辽宁省建研院对不同颜色的自燃煤矸石混凝土进行了抗渗性能试验[1]，结果如表1
表1 不同颜色自燃煤矸石轻骨料混凝土抗渗性
|
混凝土
指标 |
黄色矸石混凝土 |
白色矸石混凝土 |
混合矸石混凝土 |
备注 |
|
抗渗指标 |
P16 |
P10 |
P14 |
混凝土配合比相同，但各类矸石吸水不同，混凝土强度有波动 |
|
抗压强度（Mpa） |
23.6 |
25.1 |
20.1 |
表1表明，在抗压强度相对不高的正常配合比下，自燃煤矸石轻骨料混凝土抗渗性最差的白色矸石轻骨料混凝土的抗渗指标也达到P10，而工程中应用的混合矸石混凝土的抗渗指标已达P14，可见自燃煤矸石轻骨料混凝土是完全可以满足耐久性的抗渗性要求。
2、抗冻性
辽宁省建研建院对不同强度的自燃煤矸石混凝土进行抗冻试验，结果如表2。
表2 不同强度自燃煤矸石轻骨料混凝土抗冻试验
|
轻骨料混凝土强（Mpa） |
11.8 |
16.3 |
22.9 |
32.1 |
|
抗冻标号 |
F5 |
>F50 |
>F50 |
>F50 |
表2表明，自燃煤矸石轻骨料混凝土的抗冻性与普通混凝土相比并不逊色，自燃煤矸石轻骨料混凝土是完全可以满足耐久性的抗冻性要求。
3、抗碳化性能
混凝土的抗碳化性能是影响钢筋混凝土结构耐久性的重要指标之一，影响混凝土碳化因素很多。根据多系数的碳化方程D=η1﹒η2﹒η3﹒η4﹒η5﹒η6﹒α 。采用基准混凝土配合比，变化一个因素，其它因素固定不变的方法，通快快速试验，以求得相应的影响因素系数。自然煤矸石轻骨料混凝土与其他轻骨料混凝土、普通混凝土碳化影响系数对比如表3。
表3 自燃煤矸石轻骨料混凝土与轻骨料混凝土、普通混凝土碳化影响系数对比
|
系数
名称 |
符
合 |
条件 |
相应指标 | |||||||||||
|
水泥
用量
影响
系数 |
η1 |
水泥用量（kg/m3） |
250 |
300 |
350 |
400 | ||||||||
|
自燃煤矸石混凝土 |
1.18 |
1 |
0.82 |
0.75 | ||||||||||
|
轻骨料混凝土 |
1.35 |
1 |
0.85 |
0.75 | ||||||||||
|
普通混凝土 |
1.40 |
1 |
0.90 |
0.80 | ||||||||||
|
水灰比
用量
影响
系数 |
η2 |
水灰比 |
0.4 |
0.5 |
0.6 |
0.7 | ||||||||
|
自燃煤矸石混凝土 |
0.79 |
1 |
1.43 |
1.74 | ||||||||||
|
轻骨料混凝土 |
0.85 |
1 |
1.30 |
1.45 | ||||||||||
|
普通混凝土 |
0.70 |
1 |
1.40 |
1.90 | ||||||||||
|
粉煤灰
取代量
影响
系数 |
η3 |
粉煤灰取代量（%） |
0 |
10 |
20 |
30 | ||||||||
|
自燃煤矸石混凝土 |
1 |
1.38 |
1.41 |
2.22 | ||||||||||
|
轻骨料混凝土 |
1 |
1.20 |
1.30 |
1.50 | ||||||||||
|
普通混凝土 |
1 |
1.3 |
1.5 |
2.0 | ||||||||||
|
水泥
品种
影响
系数 |
η4 |
水泥品种 |
普通425号 |
矿渣425号 |
矿渣325号 | |||||||||
|
自燃煤矸石混凝土 |
1 |
1.14 |
1.32 | |||||||||||
|
轻骨料混凝土 |
1 |
1.20 |
1.25 | |||||||||||
|
普通混凝土 |
1 |
1.35 |
1.50 | |||||||||||
|
集料
品种
影响
系数 |
η5
|
|
粗骨料 |
细骨料 | ||||||||||
|
集料品种 |
矸
石
|
天
然
集
料 |
人
造
集
料 |
普
通
集
料 |
普
通
砂 |
煤
砂 |
炉
下
灰 |
珍
珠
岩
砂 |
破
碎
轻
砂 | |||||
|
自燃煤矸石混凝土 |
1 |
- |
- |
- |
1 |
1.33 |
1.4 |
- |
- | |||||
|
轻骨料混凝土 |
- |
1.0 |
0.6 |
- |
1 |
- |
- |
2.0 |
1.4 | |||||
|
普通混凝土 |
- |
- |
- |
1 |
1 |
- |
- |
- |
- | |||||
|
养护
方式
影响
系数 |
η6 |
养护方式 |
标准养护 |
蒸汽养护 | ||||||||||
|
自燃煤矸石混凝土 |
1 |
1.12 | ||||||||||||
|
轻骨料混凝土 |
1 |
1.50 | ||||||||||||
|
普通混凝土 |
1 |
1.85 | ||||||||||||
|
碳化速度影响系数 |
α |
自燃煤矸石混凝土 |
3.13 | |||||||||||
|
轻骨料混凝土 |
4.18 | |||||||||||||
|
普通混凝土 |
2.32 | |||||||||||||
基准配合比下的自燃煤矸石轻骨料混凝土、其他轻骨料混凝土和普通混凝土标准28d的快速碳化试验平均碳化分别为16.15mm、22.12mm、11.28mm。基准配合比下的自燃煤矸石轻骨料混凝土28d快速碳化深度比普通混凝土大30%碳化速度系数a大43.6%，比其他轻骨料碳化深度小27%碳化速度系数a小25%。这说明以基准配合比为前题，自燃煤矸石混凝土抗碳化能力比其他轻骨料混凝土强而低于普通混凝土。表3表明，自燃煤矸石轻骨料混凝土各碳化影响系数一般均小于或接近于普通混凝土碳化影响系数，而与其他轻骨料相比其影响系数有高有你，但考虑到《轻骨料混凝土技术规程》JGJ51-2002有关对最小水泥用量、水灰比限制条件以及适当限制掺合料粉煤灰的取代量，以及有关结构用砂轻混凝土的抗碳化耐久性4.2.9条要求。在该限制条件内，总体而言，考虑各种影响混凝土碳化因素，自燃煤矸石混凝土与其他品种的轻骨料混凝土抗碳化能力是相当的。
4、对钢筋的保护作用
国内外的研究一般认为，在无化学侵蚀的常温条件下，混凝土保护层被完全碳化通常是钢筋锈蚀的前提。通过以上对自燃煤矸石轻骨料混凝土抗碳化性能论述，只要按不同使用环境类别、不同的构件类别，对轻骨料混凝土最低强度等级、最小水泥用量、最大水灰比及掺合料粉煤灰最大用量加以适当限制，并保证结构用砂轻混凝土碳化深度值满足《轻骨料混凝土技术规程》JGJ51[4]的要求，同时根据机件性质、环境类别、混凝土强度等级不同对钢筋保护层最小厚度加以限制，其自燃煤矸石混凝土与其他轻骨料混凝土一样，对钢筋的保护作用是可以满足使用要求的。
5、自燃煤矸石混凝土长龄期强度试验及长期自然环境下碳化钢锈试验
为测定自燃煤矸石混凝土长期强度随时间增长规律，辽宁省建研院测定了自燃煤矸石混凝土强度随时间增长的发展情况，如表4。
表4 自燃煤矸石轻骨料混凝土长期强度测试结果
|
自燃煤矸石混凝土强度（Mpa） | |||||||
|
干密度(kg/m3) |
1060 |
1632 |
1782 |
1836 |
1850 |
1900 | |
|
龄期 |
28天 |
11.8 |
16.3 |
22.9 |
32.1 |
34.8 |
43.0 |
|
3个月 |
22.9 |
22.4 |
22.0 |
35.0 |
— |
— | |
|
6个月 |
20.7 |
27.6 |
39.6 |
47.7 |
— |
— | |
|
1年 |
25.0 |
28.8 |
41.6 |
47.3 |
48.3 |
56.7 | |
|
2年 |
27.4 |
30.6 |
40.5 |
49.7 |
— |
— | |
|
4年 |
28.6 |
30.9 |
43.9 |
39.6 |
49.6 |
64.0 | |
表4表明，随时间的增长，强度随着提高。较低强度混凝土一年龄期的强度能增长一倍，较高强度混凝土四年龄期强度增长约50%。由该指标可以看出，自燃煤矸石英长期强度增长的特性对其耐久性是有益的。
表5 自燃煤矸石轻骨料混凝土长期自然环境条件下碳化测试
|
序
号 |
试块
名称 |
干密度范围
及平均值(cm3) |
立方体试块
单边尺寸(mm,) |
数量
(块) |
环境
类别 |
存放时间(年) |
抗压强度范围及平均值(MPa) |
碳化波动
范围及平均值(mm) |
备注 |
|
1 |
煤矸
石砼 |
1876～
1925
1897 |
100 |
3 |
沈阳室外
(二b类) |
20 |
51.3～
56.1
53.2 |
8～15
12.3 |
|
|
2 |
煤矸
石砼 |
1707～
1904
1820 |
100 |
15 |
沈阳室外
(二b类)
|
20 |
40～49.8
43.8 |
9～40
15.7 |
碳化大于
25mm只有2块 |
|
3 |
煤矸
石砼 |
1675～
1998
1798 |
100 |
23 |
沈阳室外
(二b类)
|
20 |
30.4～
38
33.7 |
9.3～
50
21.1 |
碳化大于
25mm有5块且有3块大于50mm |
|
4 |
煤矸
石砼 |
1630～
1862
1783 |
100 |
13 |
沈阳室外
(二b类)
|
20 |
25.7～
29.6
28.0 |
10.3～
50
27.3 |
碳化大于
25mm有3块且均大于50mm |
|
5 |
煤矸
石砼 |
1706～
1856
1760 |
100 |
16 |
沈阳室外
(二b类)
|
20 |
20～24.7
22.5 |
|
碳化小于
25mm有3块其余均大于50mm |
|
6 |
煤矸
石砼 |
1523～
1846
1663 |
100 |
21 |
沈阳室外
(二b类)
|
20 |
<20 |
|
碳化小于
25mm有2块其余均大于50mm |
|
7 |
煤矸
石砼 |
2111～
2240
2186 |
100 |
3 |
沈阳室外
(二b类)
|
20 |
21.9～
29.1
25.2 |
7.3～39
26.5 |
|
注：极少部分干密度及强度低的试块已风化破损、无法进行试验。
为测定自燃煤矸石混凝土在寒冷和严寒地区露天环境（环境类别二b类）条件的碳化及钢锈，辽宁省建研院在本院院内室久自然环境条件下存放一批试块，搁置时间20年。以这批试块其中的一部分按抗压强度分类，测试其碳化深度及干容重，并观察了埋入其内的钢筋锈蚀情况。测定自燃煤矸石混凝土碳化情况如表5。
埋入试块中的钢筋对于碳化深度小于25mm无任何锈蚀，大于25mm小于50mm有锈蚀现象，大于50mm的钢筋锈蚀严重已使试块破裂。
从表5和观察表明，只要自燃煤矸石混凝土的设计强度满足一定要求（现有强度LC25级以上），其长期自然环境下抗碳化耐久性虽与普通混凝土相对略差，但只要按有关规定设计是可以满足耐久性要求的。
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